Parechje industrii sò attualmente affruntendu un prublema cumuni, chì hè chì anu bisognu di materiali chì sò forti è flessibili, ma ligeri. I materiali cumposti ponu risolve stu prublema. Puderanu cumminà i punti di forza di diversi materiali per ottene risultati megliu è più efficaci. I materiali compositi sò largamente utilizati in industrii cum'è l'aerospaziale, a fabricazione di l'automobile è a custruzzione. Chì ghjè u materiale cumpostu?

Sti materiali sò furmati mischjendu dui o più sustanzi distinti, ognunu pussede e so caratteristiche fisiche o chimiche uniche. In cunseguenza, quandu si uniscenu, creanu un novu materiale cù caratteristiche mejorate. In u risultatu, stu novu materiale puderia esse più forte, più liggeru, o più resistente à e forze cumparatu cù e sustanzi originali.

Sò curiosu di i materiali compositi è i so tipi? Scopremu ciò chì rende questi materiali unichi è cumu sò applicati in diverse industrii.

Cosa hè u Materiale Compositu?

Per creà un materiale compositu, l'ingegneri combina dui materiali diffirenti, ognunu cù e so proprietà uniche. Sta cumminazzioni risultatu in un novu materiale cù caratteristiche micca truvatu in l'uriginali. Cuncepiscenu stu novu materiale per eseguisce funzioni specifiche, cum'è esse più forte, più ligera o resistente à l'electricità. Inoltre, i materiali compositi ponu aumentà a forza è a rigidità.

Breve storia di u materiale compostu

A ghjente hà cuminciatu à aduprà materiali cumposti parechji anni fà in u passatu. Da 3400 aC, i Mesopotamiani anu fattu i primi materiali cumposti fatti da l'omu. Incollanu pezzi di legnu sottili inseme in diverse anguli per fà un plywood più forte. In seguitu, versu u 2181 aC, l'antichi Egizziani facianu maschere di morte. Adupranu linu o papiru è u cuperu cù gesso. E duie società aghjunghjenu ancu paglia per rinfurzà altri materiali, cum'è brique di fangu, ceramica è barche.

Intornu à u 1200 dC, i Monguli creanu un arcu cumpostu putente. Per fà, anu cumminatu parechji materiali, cumpresi legnu, tendini, cornu, bambù, osse è sita. Adupranu a trementina cum'è cola per mantene tutte e parti inseme, risultante in un'arma assai efficace.

Avanzamenti muderni in i composti

Dopu à a Rivuluzione Industriale, i resini sintetici sò diventati solidi attraversu u prucessu di polimerizazione, chì hà purtatu à a produzzione di diversi plastichi in u XXu seculu. Leo Baekeland hà inventatu a resina fenolica, chì era assai populari per e so proprietà non-conductive è resistenti à u calore. In l'anni 20, Owens Corning hà introduttu fibre di vetru è pionieri in l'industria FRP (fibre reinforced polymer). E resine fatte in quellu tempu si sviluppau forti è sò sempre in usu oghje. Dui anni dopu, emerge un sistema di resina più forte.

L'Impattu Enduring di Composites

A fibra di carbone iniziale hè stata patentata in u 1961 è pocu à pocu hà guadagnatu pupularità in l'applicazioni cummerciale. Versu a mità di l'anni 1990, i materiali cumposti anu guadagnatu più pupularità in industrii cum'è a fabricazione è a custruzione. Sò più prezzu è più forte chì i materiali antichi. L'usu di cumposti in u Boeing 787 Dreamliner à a mità di l'anni 2000 hà ancu dimustratu u so valore. Mostra a so impurtanza per l'applicazioni chì necessitanu alta forza, facendu una necessità per l'applicazioni muderne.

Di chì sò fatti i composti?

A ghjente si riferisce ancu à i cumposti cum'è composti di polimeru rinforzatu in fibra (FRP). I pruduttori li creanu cù una matrice polimerica. Furtificanu sta matrice cù fibre ingegneriate, sintetiche o naturali, chì ponu include materiali cum'è vetru, carbone o aramid. Inoltre, ponu utilizà altri materiali per rinfurzà a forza di u compostu.

A matrice hà un rolu impurtante. Protege e fibre da danni ambientali è altre influenze esterne, è ancu facilita u trasferimentu di carica trà elli. Per d 'altra banda, i fibri dà forza è rigidità. Aiutate à sustene a matrice è permettenu di resiste à i cracks è i rutti.

In numerosi prudutti in a nostra industria, i pruduttori spessu componenu a matrice di resina di poliester è tipicamente impieganu fibra di vetru cum'è materiale di rinforzu. Tuttavia, ponu creà cumposti aduprendu diverse cumminazzioni di resina è rinforzu, cù ogni accoppiamentu chì influenza in modu unicu e caratteristiche distinte è e proprietà di u pruduttu finali. Ancu s'è a fibra hè forte, tende à rompe facilmente, perchè furnisce forza è rigidità. Intantu, a resina flessibile modella è salvaguarda a fibra.

I composti FRP ponu ancu include fillers, additivi è materiali core. Puderanu ancu avè finiture di superficia. Sti addizzioni sò usati per fà u prucessu di pruduzzioni megliu. Migliuranu ancu cumu si vede u pruduttu è aumentanu u so rendiment.

Principali proprietà di i materiali composti

I materiali cumposti anu parechje proprietà speciale. Per via di sti caratteristiche, sò assai versatili è facenu bè ancu in usi difficili è esigenti. Sti caratteristiche impurtanti anu un grande impattu nantu à a so efficacità. Avà, fighjemu e diverse proprietà chì sò assai utili à fà prudutti.

forza

A ghjente ricunnosce i cumposti per esse più forte di i materiali individuali chì li formanu. In cunseguenza, aumentanu a forza è facenu strutture più robuste. Dunque, i materiali compositi servenu cum'è una opzione eccellente per l'applicazioni chì necessitanu a capacità di sustene carichi pesanti.

mira

I materiali cumposti ponu esse aduprati in tempu duru o ambienti chì causanu corrosione. Funcionanu ancu bè sottu stress ripetutu cum'è scossa è vibrazioni. Questu li rende ideali per l'usu in navi spaziali, vitture è aerei.

A resistenza Impact

I pruduttori cuncepiscenu questi materiali per trattà l'impatti è sparghje a forza, fendu cusì senza sustene u danni. Sta capacità hè cruciale, soprattuttu in applicazioni induve l'impattu hè prubabile. In cunseguenza, a so capacità di resiste à i danni da i crash o hits li rende essenziali per e strutture di prutezzione di crash.

Resistenza chimica

I composti sò capaci di resiste à i danni da i chimichi forti o ambienti duru. Questu li rende ideali per a creazione di rivestimenti resistenti à i chimichi.

sòffice

I composti sò assai flessibili è ponu piegà o cambià a forma senza rompe. Puderanu ancu esse disignati per piegà in modi specifichi, secondu u so usu destinatu. Questu li faci boni per fà i membri protesi. Inoltre, a so natura flessibile dà à l'ingegneri scelte megliu per e cose chì facenu carichi in muvimentu o vibrazioni.

lighjeru

Questi materiali anu proprietà forti, ma ùn sò micca pesanti. Permettenu a produzzione di pezzi è strutture chì sò ligeri. A so forza paragunata à u so pesu hè una qualità impurtante in l'industrii induve a riduzione di u pesu hè assai impurtante.

Stabilità termica

I materiali compositi ponu mantene a so forma quandu sò esposti à u calore altu. A capacità di stà forte sottu à e alte temperature hè assai impurtante. Questu hè necessariu per l'usi chì facenu cundizzioni assai calde.

Conduttività elettrica

I composti ponu avè assai boni proprietà elettriche. Puderanu esse fatti per agisce cum'è boni insulatori o cunduce bè l'electricità.

Isolamentu acusticu

I composti sò spiciali perchè ponu riduce o impediscenu di passà u rumore. Sta pruprietà di u sonu-blocking li rende perfetti per scopi di insonorizazione.

Top 3 Beneficii di Composite tessuti

A ghjente spessu usa composite in l'articuli di ogni ghjornu. Pudemu truvà in vitture, equipaghji di golf, è ancu in pipi. Sò ancu assai impurtanti per i machini avanzati cum'è i navi di cohete. Per via di e so proprietà spiciali, furnisce più vantaghji cumparatu cù i materiali tradiziunali. L'ingegneri, i diseggiani è l'architetti preferiscenu usà cumposti, soprattuttu in situazioni difficiuli induve l'alta forza o resistenza à u calore hè impurtante.

Rendibilità

I composti sò più efficaci di u costu di i materiali regulari cum'è u legnu è u metale. Oltre à esse più prezzu, furnisce ancu una funziunalità megliu. Inoltre, i composti sò più amichevuli di l'ambiente. Questu hè perchè creanu menu scarti durante a so pruduzzione è l'usu.

Tempu di produzzione ridutta è sforzu

L'usu di composti in u prucessu di produzzione aiuta à riduce u tempu necessariu per fà i prudutti. Riduce ancu a quantità di travagliu necessariu per mette inseme diverse materiali tradiziunali.

Versatilità di cuncepimentu

Unu di i vantaghji chjave di i materiali compositi hè a so flessibilità in u disignu. L'ingegneri ponu fà in ogni forma o forma chì anu bisognu. Questu li permette di creà parti cumplessi è cumpunenti cù questi materiali.

Tipi di cumposti

Dopu avè amparatu nantu à i beneficii generali di i cumposti, andemu avà scopre i sfarenti tippi di cumposti.

Materiali cumposti naturali

Tipu cumpostu	Rinfurzzione	Matrix	Esempiu d'usu
Wood	Fibre di cellulosa	Lignina (polimeri organici, basati in carbonu)	Materiali di custruzzione, fabricazione di mobili, etc.
Bone	Fibre di collagene	Hydroxyapatite (minerale cristallino à base di calciu)	Supportu strutturale in l'organi viventi
Cimentu / Brick	Straw	Fangu o argilla	Custruzzione di edifici, infrastruttura cum'è muri, etc.

Materiali cumposti classici

In l'anni 1930, apparsu u primu materiale cumpostu mudernu, fibra di vetru. Hè cunnisciutu ancu com'è plastica rinforzata di fibra di vetru (GRFP o GRP). Cù u sviluppu, GRP di solitu vene in forma di cinta, incollata à u moldu per l'usu, cinturini di plastica cum'è sustrato per sustene a fibra di vetru. A fibra di vetru aiuta à rinfurzà u materiale. I plastichi rinfurzati cù fibra di carbonu (CRFP o CRP) sò simili à GRP, ma utilizanu fibra di carbone.

• Plastica rinforzata cù fibra di vetru (GRP)

Introduzione basica

Fibreglass era u primu materiale cumpostu mudernu. Inizialmente scrittu cum'è "fibra di vetru", hè oghje comunmente chjamatu plasticu rinforzatu in fibra di vetru (GRFP o GRP). Stu materiale hè urigginatu in l'anni 1930.

Forma è cumpusizioni

Oghje, i pruduttori spessu offrenu fibra di vetro in forma di cinta chì l'utilizatori ponu applicà à a superficia di un moldu. A cinta di supportu di plastica agisce cum'è a matrice, mantenendu e fibre di vetru in u locu. Tuttavia, e fibre di vetru furnisce a maiò parte di a forza di u materiale.

Pruprietà di u materiale

A plastica hè naturalmente suave è flexible, mentre chì u vetru hè forte ma fragile. Quandu sò cumminati, formanu un materiale chì hè forte è durable. Stu materiale hè ideale per appiicazioni cum'è carrozzeria di vittura o barca. A cuntrariu di metalli o alleati, hè più liggeru in pesu è resistente à a ruggine.

• Plastica rinforzata in fibra di carbone (CRFP o CRP)

Cunnette vi à u GRP

Hè simile à GRP.

Differenza

Utiliza fibre di carbone invece di fibre di vetru.

Composite Moderne

I cumposti moderni avanzati sò generalmente custruiti cù materiali cum'è metallu, plastica (polimeru), o ceramica. In u risultatu, questu dà nascita à trè tippi primari di cumposti: compositi di matrice di metallo (MMC), compositi di matrice di polimeru (PMC) è compositi di matrice di ceramica (CMC).

Compositi à Matrice Metallica (MMC)

I pruduttori cumponenu a matrice di MMC aduprendu metalli ligeri cum'è l'aliaghji d'aluminiu o magnesiu. In a pruduzzione, usanu ceramica o fibre di carbone per rinfurzà, cum'è l'aluminiu rinfurzatu cù carburu di siliciu è legami di cobre-nichel rinfurzati cù graphene. Questi materiali sò forti, duri, durable, resistenti à a ruggine è relativamente ligeri. Tuttavia, u so altu costu tende à limità u so usu. Sò populari in l'applicazioni aerospaziali, militari, automobilistiche è strumenti di taglio.

Composite a Matrice Ceramica (CMC)

I composti di a matrice ceramica (CMC) utilizanu un materiale ceramicu, cum'è u vetru borosilicatu, cum'è a matrice. Fibre di carbone o di ceramica sò aghjuntu per rinfurzà per riduce a fragilità di a ceramica tradiziunale. Esempii di CMC includenu carburu di siliciu rinforzatu cù fibra di carbonu (C/SiC) è carburu di siliciu rinforzatu cù carburu di silicium (SiC/SiC).

Inizialmente, i CMC sò stati sviluppati per applicazioni aerospaziali è militari induve i materiali ligeri è a resistenza à alta temperatura eranu cruciali. Oghje, sò ancu usati in freni di l'automobile, embrague, cuscinetti, scambiatori di calore, è ancu reattori nucleari.

Compositi a Matrice Polimerica (PMC)

I PMC cum'è GRP sò distinti. In i PMC, e fibre di ceramica o di carbone aumentanu a forza è a rigidità di a matrice plastica chì pò esse termoplastica o termostabile. In generale, i PMC basati in termoindurente sò megliu resistenti à temperature elevate è solventi, ma sò menu duru è piglianu più tempu per fà. Sò eccellenti per a fabricazione di pezzi per vitture, barche è aerei. I pruduttori l'utilizanu largamente in a produzzione di l'equipaggiu sportiu. L'industria aerospaziale usa comunmente PMC basati in epossidichi (termosetu), è l'impurtanza di PMC basati in termoplastici resistenti à alta temperatura hè ancu crescente.

Applicazioni di i materiali cumposti

I materiali compositi sò usati in parechje industrii è anu assai applicazioni. Eccu alcuni esempi:

• Aerospace

L'usu di cumposti in l'aviò hè crisciutu. Per esempiu, u B787 hè 50% cumposti per pesu, utilizendu strutture sandwich di carbone, laminati CFRP è fibra di vetro. I composti sò preferiti à l'aluminiu per a so forza megliu è e proprietà di tensione.

• Automobili

I pruduttori utilizanu cumposti in i veiculi sportivi è elettrici per e so proprietà ligeri, chì aumentanu u rendiment è allarganu a gamma di a bateria. E parti CFRC ponu riduce u pesu di u veiculu da 30%. U riciclamentu di a fibra di carbonu aiuta à risparmià energia è riduzzione di emissioni.

• Marine

I cumposti GF è CF sò largamente usati in a custruzzione navale è in a riparazione marina. Hanu rimpiazzatu i metalli tradiziunali per via di a so natura ligera, forza eccezziunale è durabilità. I pruduttori preferanu GRP per a so resistenza à l'ambienti duri è i bassi requisiti di mantenimentu.

• Energia eterna

I composti sò essenziali in e pale di turbine eoliche per u so altu rapportu forza-pesu. Siccomu i vechji turbine ghjunghjenu à EoL, u riciclamentu hè cruciale. Certi paesi di l'UE pruibiscenu a discarica di lame composite, spinghjendu per megliu soluzioni di riciclamentu.

• Custruzzione è Infrastruttura

I cumposti avanzati sò usati in a custruzzione di ponti è strutture di retrofitting per a resistenza à u terrimotu. Vetru è fibre di carbone in resina sò cumuni. L'industria cerca un riciclamentu sustenibile per gestisce i grandi rifiuti di materiale EoL.

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S & P

• Quale hè più caru, compostu o materiali tradiziunali?

U costu di un materiale compositu dipende di i materiali utilizati per fà. U tipu di prucessi di pruduzzione è i materiali ponu qualchì volta fà cumposti più caru cà i materiali tradiziunali. In ogni casu, i cumposti sò visti cum'è costuali perchè offrenu un rendimentu megliu, un pesu più ligeru è una durabilità più altu.

• Chì sò i svantaghji di i materiali compositi?

Mentre i materiali cumposti offrenu assai vantaghji, anu ancu alcuni inconvenienti. Puderanu esse sfida à riparà è mantene, postu chì i danni sò spessu difficiuli di detectà o riparà. A delaminazione, induve i strati si separanu, hè un altru prublema cumuni. Inoltre, a produzzione di composti per applicazioni specifiche pò esse cumplessu è costu. A so resistenza à l'impattu hè spessu più bassa paragunata à i materiali tradiziunali cum'è u metallu, facendu menu adattati per certi ambienti d'alta tensione.